文/夏巨谌，金俊松，王新云・华中科技大学
冯仪，余俊・武汉新威奇科技有限公司
为了更好地适应高强钢冷温精锻成形和高强度铝合金温热精锻成形的要求，2016年武汉新威奇科技有限公司成功研制Y68SK-315型高性能伺服液压机和J58ZK-500型直驱式电动螺旋压力机。
伺服压力机的工作原理与特点
⑴工作原理。
Y68SK精锻伺服液压机使用液压站采用“泵控伺服”技术，通过对泵的转矩与转速的精确控制，实现流量和压力精确控制。主要由电液伺服驱动器、三相交流永磁同步电机、德国福伊特高性能专用伺服泵、压力传感器等几部分组成。由于油泵的输出流量正比于电机的转速，油路内的压力正比于电机的输出扭矩，通过对系统压力、流量双闭环控制，采用矢量控制+弱磁控制+专用PID控制算法，完成对泵的转矩与转速的精确控制。按照实际需要的流量和压力实现精确供给，消除高压节流的能源损耗，克服了传统“阀控伺服”系统高压节流产生的油温升高过快的问题，达到节能省电的效果，同时降低系统油温，最高节能率达70%，平均节能率达30%。
1)柔性高。滑块运动曲线可根据不同精锻工艺和模具要求进行优化设置，可设计特殊的工作特性曲线，进行高难度、高精度成形，实现滑块“自由运动”。滑块可以设置为自由工作模式，也可设定为下死点保压等功能模式，大大提高了液压机智能化程度和适用范围。
2)效率高。可以根据实际情况的需要，在较大范围内设定滑块行程次数，在很宽范围内调节滑块速度。此外，伺服液压机行程也可以方便地调整，能根据成形工艺需要，使液压机在必要的最小行程内工作，生产效率得以提高。
3)精度高。伺服液压机的运动可以精确控制，装有滑块位移检测装置，滑块的任意位置可以准确控制。滑块运动特性可以优化，例如拉伸、弯曲及压印时，合理的滑块曲线可减少回弹，提高制件精度。通过闭环控制，滑块的重复定位精度高，保证了同批制件的精度。
4)噪声低。伺服液压机在工作中能减少噪声3～10dB，在滑块静止时可减少噪声30dB以上，大大减少了对操作人员及环境的影响。
5)节能省电。与传统液压机比较节能效果显著，根据精锻成形工艺和生产节拍不同，伺服驱动液压机比传统液压机可节电30%～70%。
6)成形性能好。伺服驱动液压机能很好地满足一些新材料的成形工艺要求。除了铝合金精锻成形外，还适合于镁合金精密成形，镁合金液压成形时需将其加热到250℃～350℃，由于大部分镁合金产品为薄板结构，毛坯加热后在模具中的冷却速度非常快，因此，在传统的液压机上难以实现恒温液压成形。采用伺服驱动液压机，选用合适的滑块运动曲线，易于控制成形温度、防止工件表面氧化，并获得理想的高质量产品。
7)操作方便。针对模锻行业专门开发的控制系统和人机交互界面，可以方便进行滑块曲线设定，滑块位置、速度的显示和记录，便于实现远程故障诊断，设备安全性更高。
8)维护保养方便。由于取消了液压系统中的比例伺服液压阀、调速回路、调压回路，液压系统大大简化。对液压油的清洁度要求远远小于液压比例伺服系统，减少了液压油污染对系统的影响。
图1所示为Y68SK-315伺服液压机样机。
⑵主要技术参数。
表1为Y68SK系列精锻型伺服液压机主要技术参数（武汉新威奇科技有限公司）。
直驱式电动螺旋压力机
⑴驱动系统结构工作原理与特点。
图1 Y68SK-315伺服液压机样机
直驱式电动螺旋压力机是电动螺旋压力机的最新发展，其基本结构及原理如图2所示。它由冷却电机1、主电机定子2、转子3、螺杆4、上横梁5、推力轴承6和拉杆7等主要零部件组成。主电机定子2固定在上横梁5的上面，主电机转子3固定在飞轮外圆柱面上，带有转子3的飞轮与螺杆4固结为一体，其余结构与非直驱式电动螺旋压力机相同。主电机2、3正反通电时，与飞轮为一体的转子3在磁场作用下作正反快速旋转，带动螺杆4以相同的速度正反旋转，进而带动滑块向下与向上往复运动，从而实现模锻成形功能。
表1 Y68SK系列精锻型伺服液压机主要技术参数（武汉新威奇科技有限公司）
型号Y68SK-315 Y68SK-400 Y68SK-500 Y68SK-630公称力/kN 3150 4000 5000 6300开口/mm 750 1000 1100 1300行程/mm 400 500 600 800 700×800 1000×1000 1000×1000 1000×1200 1000×1000 1000×1200 1000×1200 1200×1400 1000×1200 1200×1400 1200×1400 1600×1800工作台尺寸（左右×前后）/mm快下400 400 400 400负荷50% 50 50 50 50负荷100% 35 30 30 25回程300 300 300 300滑块速度/mm・s-1
图2 直驱式电动螺旋压力机驱动系统
1-冷却电机 2-主电机定子 3-主电机转子 4-螺杆5-上横梁 6-推力轴承 7-拉杆
基于上述原理，武汉新威奇科技有限公司于2016年研制成公称压力为5MN的J58ZK型直驱式电动螺旋压力机，其样机如图3所示，主要技术参数列入表2。
⑵主要技术参数。
图3 J58ZK—500型直驱式电动螺旋压力机样机
表2 J58ZK-500型直驱式数控电动螺旋压力机主要技术参数
公称压力5MN长期运行许用载荷8MN运动能量50kJ滑块行程400mm行程次数22次/分钟最小封闭高度570mm(含下垫板厚度120mm)建议装模高度450mm±20mm工作台尺寸(左右×前后) 750mm×730 mm电机功率80kW平均功率≤40kW(全能量连续打击情况下)整机尺寸(高度×左右×前后) 3930mm×2165mm×2115mm
由于性能先进、运行平稳，Y68SK-315型伺服压力机已由扬州恒通精密机械有限公司采购。J58ZK-500型直驱式电动螺旋压力机已由浙江跃进有色金属制造有限公司签订采购意向协议。
精密液压机的难点分析及对策
⑴液压传动系统漏油。其主要原因是为了追求低成本，所采用的液压元器件质量差，压力机运行一段时间后就开始漏油。既影响操作工人的身体健康，又污染场地，建议采用高性能优质的液压元器件。
⑵滑块速度慢。其工进速度一般在20mm/s以内，这对于闭式冷精锻尚可，但对于轴类件多工位冷挤压就影响生产效率。空挡速度一般为150mm/ s～200mm/s，导致行程次数少，生产节拍慢。建议对于黑色金属冷精锻及冷挤压其工进速度应为30mm/s左右。温锻时工进速度应为50mm/ s～100mm/s，对于铝合金精锻应为30mm/s～40 mm/s。空程速度应为400mm/s～500mm/s。
⑶开发高性能多工位液压机满足轴类件与杯杆类零件冷温精锻要求。对于多工位精锻压力机，其吨位一般在1600t或者更大，除采用加长滑块及导轨精密导向装置外，宜采用三缸驱动和比例阀乃至伺服阀实现同步控制，滑块空程速度为500mm/s，工进速度为34mm/s、50mm/s、100mm/s，工位数4～5，既能满足低碳合金钢轴类件多工位冷精锻工艺要求，又能满足中碳合金钢杯杆类零件多工位温精锻工艺要求。
电动螺旋压力机的难点分析及对策
⑴开发多工位电动螺旋压力机能更好满足温精锻工艺要求。对于黑色金属温精锻的初始温度一般为800±20℃，当温精锻为多工步成形时，其终锻温度将大为降低，导致变形抗力急剧增加、成形困难、模具寿命降低；对于锻造铝合金热精锻时其温度范围一般在100℃以内，温精锻温度范围更小。温度过低很容易使锻件产生开裂。
目前，为减少偏心载荷对锻件精度的影响，多采用单机连线，为保证中心打击，每台压力机上只完成一个工步。这不仅影响锻件质量、模具寿命，还影响生产效率。
建议开发多工位电动螺旋压力机，设计时，适当加宽工作台面，通过增大螺杆直径、机身横截面积，保证机身强度、刚度和抗偏载能力。
⑵开发智能型电动螺旋压力机。以目前的数字化控制和打击能量可准确控制为基础，增加滑块打击速度、位移、打击力及温度等工艺技术参数的信息采集与处理系统，以获得优质合格温精锻件的工艺参数作为比照样本；通过开发智能化控制系统使压力机在温精锻过程中具有“自学习、自适应、自调整”即智能化的功能。使我国中小电动螺旋压力机居世界领先水平。
本文通过介绍冷温精锻压力机的种类及特点，着重介绍了华中科技大学同相关单位合作研制的数控精锻液压机与数控电动螺旋压力机的特点，推广应用情况，同时也简要介绍存在的问题及难点，并提出了一些解决的对策。
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